隨著MOSFET技術的不斷演進,現在的CMOS技術也已經可以符合很多模擬電路的規格需求。再加上MOSFET因為結構的關系,沒有BJT的一些致命缺點,如熱破壞(thermal runaway)。另外,MOSFET在線性區的壓控電阻特性亦可在集成電路里用來取代傳統的多晶硅電阻(poly resistor),或是MOS電容本身可以用來取代常用的多晶硅—絕緣體—多晶硅電容(PIP capacitor),甚至在適當的電路控制下可以表現出電感(inductor)的特性,這些好處都是BJT很難提供的。也就是說,MOSFET除了扮演原本晶體管的角色外,也可以用來作為模擬電路中大量使用的被動元件(passive device)。這樣的優點讓采用MOSFET實現模擬電路不但可以滿足規格上的需求,還可以有效縮小芯片的面積,降低生產成本。MOSFET熱穩定性優于GTR。廈門低壓N+PMOSFET失效分析
MOSFET在概念上屬于“絕緣柵極場效晶體管”(Insulated-Gate Field Effect Transistor,IGFET),而IGFET的柵極絕緣層有可能是其他物質而非MOSFET使用的氧化層。有些人在提到擁有多晶硅柵極的場效晶體管元件時比較喜歡用IGFET,但是這些IGFET多半指的是MOSFET。從名字表面的角度來看MOSFET的命名,事實上會讓人得到錯誤的印象。因為MOSFET里 “metal”的 個字母M在當下大部分同類的元件里是不存在的。早期MOSFET的柵極(gate electrode)使用金屬作為其材料,但隨著半導體技術的進步,隨后MOSFET柵極使用多晶硅取代了金屬。在處理器中,多晶硅柵已經不是主流技術,從英特爾采用45納米線寬的P1266處理器開始,柵極開始重新使用金屬。廈門低壓N+PMOSFET失效分析為何要把MOSFET的尺寸縮小?
MOSFET應用優勢:場效應晶體管是電壓控制元件,而雙極結型晶體管是電流控制元件。在只允許從取較少電流的情況下,應選用場效應管;而在信號電壓較低,又允許從信號源取較多電流的條件下,應選用雙極晶體管。有些場效應管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負,靈活性比雙極晶體管好。場效應管是利用多數載流子導電,所以稱之為單極型器件,而雙極結型晶體管是即有多數載流子,也利用少數載流子導電。因此被稱之為雙極型器件。
MOSFET在數字電路上應用的另外一大優勢是對直流(DC)信號而言,MOSFET的柵極端阻抗為無限大(等效于開路),也就是理論上不會有電流從MOSFET的柵極端流向電路里的接地點,而是完全由電壓控制柵極的形式。這讓MOSFET和他們 主要的競爭對手BJT相較之下更為省電,而且也更易于驅動。在CMOS邏輯電路里,除了負責驅動芯片外負載(off-chip load)的驅動器(driver)外,每一級的邏輯門都只要面對同樣是MOSFET的柵極,如此一來較不需考慮邏輯門本身的驅動力。相較之下,BJT的邏輯電路(例如 常見的TTL)就沒有這些優勢。MOSFET的柵極輸入電阻無限大對于電路設計工程師而言亦有其他優點,例如較不需考慮邏輯門輸出端的負載效應(loading effect)。模擬電路MOSFET需要的驅動功率小,開關速度快,工作頻率高;
為何要把MOSFET的尺寸縮小基于以下幾個理由,我們希望MOSFET的尺寸能越小越好。 ,越小的MOSFET象征其通道長度減少,讓通道的等效電阻也減少,可以讓更多電流通過。雖然通道寬度也可能跟著變小而讓通道等效電阻變大,但是如果能降低單位電阻的大小,那么這個問題就可以解決。其次,MOSFET的尺寸變小意味著柵極面積減少,如此可以降低等效的柵極電容。此外,越小的柵極通常會有更薄的柵極氧化層,這可以讓前面提到的通道單位電阻值降低。不過這樣的改變同時會讓柵極電容反而變得較大,但是和減少的通道電阻相比,獲得的好處仍然多過壞處,而MOSFET在尺寸縮小后的切換速度也會因為上面兩個因素加總而變快。第三個理由是MOSFET的面積越小,制造芯片的成本就可以降低,在同樣的封裝里可以裝下更高密度的芯片。一片集成電路制程使用的晶圓尺寸是固定的,所以如果芯片面積越小,同樣大小的晶圓就可以產出更多的芯片,于是成本就變得更低了。MOSFET的參數很多,包括直流參數、交流參數和極限參數。廈門低壓MOSFET
MOSFET的柵極材料有哪些?廈門低壓N+PMOSFET失效分析
在MOSFET器件應用時除了要考慮器件的電壓、電流、頻率外,還必須掌握在應用中如何保護器件,不使器件在瞬態變化中受損害。當然晶閘管是兩個雙極型晶體管的組 合,又加上因大面積帶來的大電容,所以其dv/dt能力是較為脆弱的。對di/dt來說,它還存在一個導通區的擴展問題,所以也帶來相當嚴格的限制。功率MOSFET的情況有很大的不同。它的dv/dt及di/dt的能力常以每納秒(而不是每微秒)的能力來估量。但盡管如此,它也存在動態性能的限制。這些我們可以從功率MOSFET的基本結構來予以理解。除了器件的幾乎每一部分存在電容以外,還必須考慮MOSFET還并聯著一個二極管。同時從某個角度看、它還存在一個寄生晶體管。(就像IGBT也寄生著一個晶閘管一樣)。這幾個方面,是研究MOSFET動態特性很重要的因素。廈門低壓N+PMOSFET失效分析
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